一種基于太陽(yáng)圖像運(yùn)動(dòng)的大氣湍流測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及大氣光學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種太陽(yáng)臺(tái)址大氣光學(xué)參數(shù)測(cè)量?jī)x，是一種測(cè)量白天大氣光學(xué)參數(shù)的測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]高分辨率觀測(cè)太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)對(duì)發(fā)展太陽(yáng)物理學(xué)極為重要。大口徑地基太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡需配備多層共軛自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，以擴(kuò)大其觀測(cè)視場(chǎng)。但太陽(yáng)多層共軛自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化需要測(cè)量白天大氣湍流的長(zhǎng)期分布規(guī)律。
[0003]目前，應(yīng)用于太陽(yáng)臺(tái)址的白天大氣湍流測(cè)量裝置的原理主要包括:測(cè)量太陽(yáng)邊緣或表面目標(biāo)抖動(dòng)、太陽(yáng)閃耀或太陽(yáng)表面目標(biāo)閃耀。例如:太陽(yáng)邊緣圖像運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，通過測(cè)量太陽(yáng)邊緣抖動(dòng)，能夠得到整個(gè)大氣視寧度及大氣湍流廓線;太陽(yáng)差分圖像運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，通過測(cè)量太陽(yáng)邊緣或表面目標(biāo)抖動(dòng)，能夠得到整個(gè)大氣視寧度;而太陽(yáng)閃耀儀，基于寬目標(biāo)閃耀原理，能夠測(cè)量近地面層大氣湍流廓線;太陽(yáng)閃耀及遙感儀截取太陽(yáng)表面雙目標(biāo)，模擬夜間雙星，利用雙星閃耀原理，能夠獲得中高層大氣湍流廓線和風(fēng)速廓線。相對(duì)太陽(yáng)閃耀儀，太陽(yáng)圖像運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)儀能夠測(cè)量白天整個(gè)大氣湍流廓線和整個(gè)大氣視寧度，并在國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)臺(tái)址中得到重要應(yīng)用。例如:法國(guó)尼斯天文臺(tái)太陽(yáng)視寧度監(jiān)測(cè)儀(MISolFA,MONITEUR IMAGESOLAIRE FRANCO ALGERIEN)[MISolFA:a Generalized Solar Seeing Monitor,A.1rbah,Abstracts from SF2A-2001: Semaine de I 'Astrophysique Francaise]，利用旋轉(zhuǎn)棱鏡形成太陽(yáng)邊緣雙像，但雙像間會(huì)引入小角度偏離，同時(shí)太陽(yáng)漂移也會(huì)引入太陽(yáng)邊緣雙像間角度偏移，因此MISolFA需要使用數(shù)據(jù)處理的方法糾正此偏移，并要剔除不一致的數(shù)據(jù)點(diǎn)，避免其污染結(jié)構(gòu)函數(shù)；中國(guó)云南天文臺(tái)太陽(yáng)差分圖像運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)儀(S D IM M，S ο I a rDifferential Image Mot1n Monitor)[白日視寧度監(jiān)測(cè)儀和在撫仙湖的初步觀測(cè)結(jié)果，劉忠，云南天文臺(tái)臺(tái)刊]，采用楔鏡偏轉(zhuǎn)光線功能形成太陽(yáng)邊緣雙像，硬件保證完全差分的太陽(yáng)邊緣運(yùn)動(dòng)，排除了風(fēng)和其他原因造成的邊緣雙像間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由于SDIMM僅觀測(cè)太陽(yáng)部分邊緣，太陽(yáng)漂移會(huì)引起太陽(yáng)邊緣傾斜或飄離SD MM視場(chǎng)。上述兩種儀器均需配置價(jià)格昂貴的大口徑鏡筒(如16英寸鏡筒)和太陽(yáng)導(dǎo)向裝置以確保其可靠工作;此外，兩種儀器均只有一個(gè)基線，可用的原始數(shù)據(jù)相對(duì)不多，且僅能觀測(cè)太陽(yáng)部分邊緣，需通過仔細(xì)裝調(diào)以確保邊緣雙像平行，現(xiàn)場(chǎng)裝調(diào)要求極高。
[0004]目前，差分月亮邊緣運(yùn)動(dòng)湍流廓線(PML，Profilerof Moon Limb)技術(shù)取得重要進(jìn)展，例如法國(guó)尼斯大學(xué)PML[First results of the PML monitor of atmosphericturbulence profile with high vertical resolut1n,A.Ziad,Astronomy&Astrophysics]克服了M0SP(Monitor of Outer Scale Profile)不敏感地面層大氣瑞流的缺點(diǎn)，可同時(shí)獲得地面層大氣湍流和中等分辨率的整個(gè)大氣湍流廓線。PML利用道威棱鏡翻轉(zhuǎn)來自某一子孔徑的月亮邊緣像，最終形成月亮邊緣雙像，這是準(zhǔn)硬件差分，不僅具有MISOLFA的缺點(diǎn)，而且像SDMM—樣僅觀測(cè)月亮部分邊緣。因此PML需要利用后期數(shù)據(jù)處理糾正月亮邊緣雙像間偏移。
[0005]基于太陽(yáng)圖像運(yùn)動(dòng)的大氣湍流測(cè)量裝置充分利用上述儀器的優(yōu)點(diǎn)，并彌補(bǔ)不足。首先，基于太陽(yáng)圖像運(yùn)動(dòng)的大氣湍流測(cè)量裝置能夠獲取完全差分的太陽(yáng)邊緣運(yùn)動(dòng)，有利于獲得整個(gè)大氣視寧度和中等分辨率大氣湍流廓線。其次，基于太陽(yáng)圖像運(yùn)動(dòng)的大氣湍流測(cè)量裝置能夠?qū)崟r(shí)計(jì)算太陽(yáng)位置的修正量，通過自動(dòng)導(dǎo)向適配器反饋給赤道儀，實(shí)現(xiàn)裝置自動(dòng)追蹤太陽(yáng)。最后，基于太陽(yáng)圖像運(yùn)動(dòng)的大氣湍流測(cè)量裝置能夠觀測(cè)整個(gè)太陽(yáng)表面，不但可以直接作為太陽(yáng)導(dǎo)向裝置，而且可以通過圖像處理對(duì)準(zhǔn)邊緣雙像，降低儀器現(xiàn)場(chǎng)裝調(diào)要求，能夠滿足長(zhǎng)期運(yùn)行的需要。目前，現(xiàn)有儀器中鮮見此類測(cè)量裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型目的在于解決了上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠同時(shí)測(cè)量整個(gè)大氣視寧度和中等分辨率大氣湍流廓線的白天大氣湍流測(cè)量裝置。
[0007]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:
[0008]—種基于太陽(yáng)圖像運(yùn)動(dòng)的大氣湍流測(cè)量裝置，該裝置包括太陽(yáng)圖像抓拍部件陣列、自動(dòng)導(dǎo)向適配器、同步控制器、計(jì)算機(jī)以及赤道儀。
[0009]本實(shí)用新型所述的太陽(yáng)圖像抓拍部件陣列，是將2?3套太陽(yáng)圖像抓拍部件以優(yōu)化基線長(zhǎng)度為間距、共光軸固定于赤道儀安裝底座上，形成探測(cè)陣列。
[0010]本實(shí)用新型所述的太陽(yáng)圖像抓拍部件是由帶通濾光片、小型望遠(yuǎn)鏡和增倍鏡組合以及相機(jī)組成。所述帶通濾光片窄帶通光，帶寬為2?10納米;所述小型望遠(yuǎn)鏡和增倍鏡組合具備大視場(chǎng)以及優(yōu)化焦距，保證太陽(yáng)圖像抓拍部件像素張角為亞角秒級(jí)、光學(xué)衍射愛里斑直徑不少于3個(gè)像素;所述相機(jī)具有大靶面和高速圖像采集性能，使其與小型望遠(yuǎn)鏡和增倍鏡組合具備覆蓋整個(gè)太陽(yáng)表面的視場(chǎng)。
[0011 ]本實(shí)用新型所述的自動(dòng)導(dǎo)向適配器是由四路開關(guān)延遲器組成，用于連接計(jì)算機(jī)和赤道儀，計(jì)算機(jī)通過串口連接自動(dòng)導(dǎo)向適配器，自動(dòng)適配器通過6芯電纜接至赤道儀的ST-4標(biāo)準(zhǔn)接口，以控制赤道儀。
[0012]本實(shí)用新型所述的同步控制器是由多路同步信號(hào)發(fā)生器構(gòu)成，輸出同步觸發(fā)信號(hào)以控制太陽(yáng)圖像抓拍部件陣列同步采集太陽(yáng)圖像數(shù)據(jù)流。
[0013]本實(shí)用新型所述的計(jì)算機(jī)通過自動(dòng)導(dǎo)向適配器控制赤道儀、通過同步控制器控制太陽(yáng)圖像抓拍部件陣列。
[0014]有益效果:
[0015]1.本發(fā)明的測(cè)量裝置能夠獲取完全差分的太陽(yáng)邊緣運(yùn)動(dòng)，有利于獲得整個(gè)大氣視寧度和中等分辨率大氣湍流廓線。
[0016]2.本發(fā)明的太陽(yáng)導(dǎo)向程序處理太陽(yáng)邊緣數(shù)據(jù)，計(jì)算太陽(yáng)位置的修正量，通過自動(dòng)導(dǎo)向適配器反饋給赤道儀，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)追蹤太陽(yáng)。
[0017]3.本發(fā)明的太陽(yáng)圖像抓拍部件具備覆蓋整個(gè)太陽(yáng)表面的視場(chǎng)，不但可以直接作為太陽(yáng)導(dǎo)向裝置，而且可以通過圖像處理對(duì)準(zhǔn)邊緣雙像，降低儀器現(xiàn)場(chǎng)裝調(diào)要求，能夠滿足長(zhǎng)期運(yùn)行的需要。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]標(biāo)識(shí)說明:1-帶通濾光片;2-小型望遠(yuǎn)鏡;3-增倍鏡;4-相機(jī)。
[0020]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]標(biāo)識(shí)說明:5_太陽(yáng)圖像抓拍部件陣列；6-自動(dòng)導(dǎo)向適配器;7-計(jì)算機(jī);8-同步控制器;9-赤道儀。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0023]如圖1所示，太陽(yáng)圖像抓拍部件由帶通濾光片1、小型望遠(yuǎn)鏡2、增倍鏡3及相機(jī)4構(gòu)成。所述帶通濾光片I使用Edmund#86-634，其中心波長(zhǎng)650納米，帶寬10納米，有效孔徑為45毫米;所述小型望遠(yuǎn)鏡2使用嘉興銳星光學(xué)儀器有限公司65Q ED折射望遠(yuǎn)鏡，其口徑為65毫米，焦距為6.5;所述增倍鏡3使用Televue圖像放大器PMT-4201，其具有4倍增倍和2英寸接口 ；所述相機(jī)4使用德國(guó)BasIer beA4000-62km工業(yè)單色相機(jī)，其具有4096 X 3072個(gè)像素，像素大小為5.5微米X 5.5微米，及Camera Link接口。所述太陽(yáng)圖像抓拍部件具有觀測(cè)視場(chǎng)45角分X 34角分(大于30角分的太陽(yáng)直徑，確保覆蓋整個(gè)太陽(yáng)表面)，單像素張角為0.67角秒，理想愛里斑直徑約為6角秒(滿足采樣要求)。
[0024]如圖2所示，一種基于太陽(yáng)圖像運(yùn)動(dòng)的大氣湍流測(cè)量裝置由太陽(yáng)圖像抓拍部件陣列5、自動(dòng)導(dǎo)向適配器6、計(jì)算機(jī)7、同步控制器8以及赤道儀9構(gòu)成。所述太陽(yáng)圖像抓拍部件陣列5可由2?3套太陽(yáng)圖像抓拍部件以優(yōu)化基線長(zhǎng)度為橫向間距構(gòu)成;所述太陽(yáng)圖像抓拍部件陣列5與赤道儀9固定在同一個(gè)安裝底座上，確保獲取完全差分的太陽(yáng)邊緣運(yùn)動(dòng);所述2?3套太陽(yáng)抓拍部件共光軸，結(jié)構(gòu)示意圖參見圖1。自動(dòng)導(dǎo)向適配器6使用北京聚英翱翔電子有限公司4進(jìn)4出繼電器控制板DAM0404-RS232，具有四路開關(guān)切換功能，并通過6芯電纜連接赤道儀9的ST-4標(biāo)準(zhǔn)接口。(通過自動(dòng)導(dǎo)向適配器控制赤道儀、通過同步控制器控制太陽(yáng)圖像抓拍部件陣列。)所述計(jì)算機(jī)7通過太陽(yáng)圖像抓拍部件抓取太陽(yáng)圖像，計(jì)算出太陽(yáng)位置修正量，轉(zhuǎn)換成自動(dòng)導(dǎo)向適配器6中對(duì)應(yīng)開關(guān)的閉合時(shí)間，反饋給赤道儀9，完成太陽(yáng)位置的修正，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)追蹤太陽(yáng)；所述計(jì)算機(jī)7通過USB轉(zhuǎn)串行接口控制同步控制器8輸出同步觸發(fā)信號(hào)，確保太陽(yáng)圖像抓拍部件陣列同步采集太陽(yáng)圖像數(shù)據(jù)流;所述計(jì)算機(jī)7分析太陽(yáng)圖像數(shù)據(jù)流，計(jì)算不同基線上橫向角距離的太陽(yáng)邊緣差分抖動(dòng)，得出整個(gè)大氣視寧度和中等分辨率大氣湍流廓線。所述同步控制器8使用鄭州明禾電子科技有限公司全數(shù)控信號(hào)發(fā)生器MHS2300A，其雙路DDS信號(hào)輸出端通過50歐姆同軸電纜連接太陽(yáng)圖像抓拍部件的相機(jī)4外觸發(fā)端口。
[0025]本實(shí)用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于太陽(yáng)圖像運(yùn)動(dòng)的大氣湍流測(cè)量裝置，其特征在于，所述裝置包括太陽(yáng)圖像抓拍部件陣列、自動(dòng)導(dǎo)向適配器、同步控制器、計(jì)算機(jī)以及赤道儀;所述太陽(yáng)圖像抓拍部件陣列是將2?3套太陽(yáng)圖像抓拍部件以優(yōu)化基線長(zhǎng)度為間距、共光軸固定于赤道儀安裝底座上，形成探測(cè)陣列；所述自動(dòng)導(dǎo)向適配器由四路開關(guān)延遲器組成，用于連接計(jì)算機(jī)和赤道儀，計(jì)算機(jī)通過串口連接自動(dòng)導(dǎo)向適配器，自動(dòng)適配器通過6芯電纜接至赤道儀的ST-4標(biāo)準(zhǔn)接口，以控制赤道儀;所述同步控制器由多路同步信號(hào)發(fā)生器構(gòu)成，輸出同步觸發(fā)信號(hào)以控制太陽(yáng)圖像抓拍部件陣列同步采集太陽(yáng)圖像數(shù)據(jù)流;所述計(jì)算機(jī)通過自動(dòng)導(dǎo)向適配器控制赤道儀、通過同步控制器控制太陽(yáng)圖像抓拍部件陣列。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于太陽(yáng)圖像運(yùn)動(dòng)的大氣湍流測(cè)量裝置，其特征在于，所述太陽(yáng)圖像抓拍部件是由帶通濾光片、小型望遠(yuǎn)鏡和增倍鏡組合以及相機(jī)組成;所述帶通濾光片窄帶通光，帶寬為2?10納米;所述小型望遠(yuǎn)鏡和增倍鏡組合具備大視場(chǎng)以及優(yōu)化焦距，保證太陽(yáng)圖像抓拍部件像素張角為亞角秒級(jí)、光學(xué)衍射愛里斑直徑不少于3個(gè)像素;所述相機(jī)具有大靶面和高速圖像采集性能，使其與小型望遠(yuǎn)鏡和增倍鏡組合具備覆蓋整個(gè)太陽(yáng)表面的視場(chǎng)。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于太陽(yáng)圖像運(yùn)動(dòng)的大氣湍流測(cè)量裝置，該裝置包括太陽(yáng)圖像抓拍部件陣列、自動(dòng)導(dǎo)向適配器、同步控制器、計(jì)算機(jī)以及赤道儀；太陽(yáng)圖像抓拍部件陣列由2～3套太陽(yáng)圖像抓拍部件構(gòu)成，而太陽(yáng)圖像抓拍部件由帶通濾光片、小型望遠(yuǎn)鏡和增倍鏡組合以及相機(jī)組成；自動(dòng)導(dǎo)向適配器由四路開關(guān)延遲器組成，用于連接計(jì)算機(jī)和赤道儀，通過計(jì)算機(jī)控制赤道儀完成太陽(yáng)位置修正及自動(dòng)追蹤；同步控制器由多路同步信號(hào)發(fā)生器構(gòu)成，計(jì)算機(jī)通過USB轉(zhuǎn)串行接口連接同步控制器，同步控制器通過同軸電纜控制太陽(yáng)圖像抓拍部件陣列同步采集太陽(yáng)圖像；計(jì)算機(jī)處理不同基線上橫向角距離的太陽(yáng)邊緣抖動(dòng)，得出所需大氣光學(xué)參數(shù)。
【IPC分類】G01W1/00
【公開號(hào)】CN205176298
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520860114
【發(fā)明人】曹芳, 趙繼勇, 沈姍姍, 陳臣, 陳華林, 單小琴, 周廣麗
【申請(qǐng)人】南京理工大學(xué)紫金學(xué)院
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年10月30日